JP2013211838A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複写機又は画像スキャナなどに用いられる光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device used for a copying machine or an image scanner.
画像読み取り装置は、赤(R),緑(G),青(B)それぞれの画素アレイを、アレイ方向と直角方向に所定間隔で配置したラインセンサを用いて、ラインセンサを原稿に対して相対的に副走査方向に移動させることで画像読み取りを行っている。 この画像読み取り装置において発生する副走査方向の色ズレを電気的に低減する手段として、特許文献1に示すような技術が開示されている。特許文献1では、画素位置毎に予め演算された補正係数に基づいて、センサ後段の補正手段で色ズレを補正する手法について述べられている。
The image reading apparatus uses a line sensor in which red (R), green (G), and blue (B) pixel arrays are arranged at predetermined intervals in a direction perpendicular to the array direction, and the line sensor is relative to the document. The image is read by moving it in the sub-scanning direction. As a means for electrically reducing the color shift in the sub-scanning direction that occurs in this image reading apparatus, a technique as disclosed in
しかし、特許文献1では、色ズレ量に応じた補正係数を外部メモリに保持し、センサからの信号が出力されてきた際に、ズレ補正部で外部メモリの補正係数を呼び出して補正をかけている。しかし、この場合、後段回路で補正処理を行うことによって信号処理部が複雑化し、回路規模が増加する課題がある。
However, in
本発明の目的は、システム全体の回路規模の拡大を抑制しつつ、簡単な制御パルスの制御により副走査方向の色ズレを低減することができる光電変換装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device capable of reducing color misregistration in the sub-scanning direction by simple control pulse control while suppressing an increase in circuit scale of the entire system.
本発明の光電変換装置は、相対的に原稿を副走査方向に走査する際に前記副走査方向に異なる色の画素アレイが配列され、各画素アレイが光電変換を行う複数の画素を有する複数の画素アレイと、前記画素の動作を制御する制御パルスのパルス位置を制御するパルス制御部とを有し、前記パルス制御部は、各色の前記画素アレイの副走査方向の色ズレ量に応じて、前記各色の画素アレイの制御パルスのパルス位置を制御することを特徴とする。 In the photoelectric conversion device of the present invention, when a document is relatively scanned in the sub-scanning direction, pixel arrays of different colors are arranged in the sub-scanning direction, and each pixel array includes a plurality of pixels that perform photoelectric conversion. A pixel array, and a pulse control unit that controls a pulse position of a control pulse that controls the operation of the pixel, the pulse control unit according to the amount of color shift in the sub-scanning direction of the pixel array of each color, The pulse position of the control pulse of the pixel array of each color is controlled.
本発明によれば、色ズレ量に応じて、各色の画素アレイの制御パルスを制御することにより、副走査方向の色ズレを低減した良好な画像を取得することが可能となる。また、システム全体の回路規模の拡大を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to acquire a good image with reduced color misregistration in the sub-scanning direction by controlling the control pulse of the pixel array of each color according to the color misregistration amount. Moreover, the expansion of the circuit scale of the whole system can be suppressed.
図1は、本発明の実施形態に係る光電変換装置の構成例を示す。画素100は、図2で表わされる回路で構成される。なお、図2に示されるように、画素100は、制御パルスpres,ptxによって制御される。フォトダイオードPDは、光電変換により光を電荷に変換し、変換した電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンFDは、電荷を蓄積する。リセットパルスpresは、リセットトランジスタM1のゲートに印加されることで、画素100内のフォトダイオードPDとフローティングディフュージョンFDのリセット動作を制御する。すなわち、リセットパルスpresは、画素100のリセット動作を制御するための制御パルスである。また、転送パルスptxは、転送トランジスタM2のゲートに印加されることで、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDへの電荷の転送動作を制御する。増幅トランジスタM3は、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた出力を出力端子outへ出力するための電流源Irefによって動作するソースフォロワ回路の入力部である。 FIG. 1 shows a configuration example of a photoelectric conversion apparatus according to an embodiment of the present invention. The pixel 100 is configured by the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 2, the pixel 100 is controlled by control pulses pres and ptx. The photodiode PD converts light into electric charge by photoelectric conversion and accumulates the converted electric charge. The floating diffusion FD accumulates electric charges. The reset pulse pres is applied to the gate of the reset transistor M1, thereby controlling the reset operation of the photodiode PD and the floating diffusion FD in the pixel 100. That is, the reset pulse pres is a control pulse for controlling the reset operation of the pixel 100. The transfer pulse ptx is applied to the gate of the transfer transistor M2, thereby controlling the charge transfer operation from the photodiode PD to the floating diffusion FD. The amplification transistor M3 is an input unit of a source follower circuit that operates by a current source Iref for outputting an output corresponding to the potential of the floating diffusion FD to the output terminal out.
図1において、110は、複数の画素100で構成され、赤色の波長領域の光を透過する光学フィルタを上面に配したR画素アレイである。120は、複数の画素100で構成され、緑色の波長領域の光を透過する光学フィルタを上面に配したG画素アレイである。130は、複数の画素100で構成され、青色の波長領域の光を透過する光学フィルタを上面に配したB画素アレイである。R画素アレイ110とG画素アレイ120とB画素アレイ130は、図5に示されるように、一定間隔dで配置される。なお、以降では、図5のR画素アレイ110とG画素アレイ120とB画素アレイ130のアレイ方向を主走査方向とし、主走査方向と直角な方向を副走査方向とする。
In FIG. 1,
200は、画素100からの出力信号を保持しておくための保持部であり、図3に示されるような回路構成を有する。図3において、ctnは、画素100のリセットパルスpresによるリセット時の出力信号を保持する容量であり、読み出しパルスptnによるスイッチsw1nの開閉によってサンプルホールド動作を制御される。ctsは、画素100の非リセット時の信号を保持する容量であり、読み出しパルスptsによるスイッチsw1sの開閉によってサンプルホールド動作を制御される。容量cts及びctnに保持された信号は、パルスphsがハイレベルになり、スイッチsw2n及びsw2sがオンすることによって、出力端子outn及びoutsへ出力される。
300は、画素100の動作を制御する制御パルスと、保持部200における画素100からの出力信号のサンプルホールド動作を制御するためのパルスを生成するパルス制御部である。パルス制御部300は、外部制御パルスに応じて、R画素アレイ110及びそれに対応する保持部200、G画素アレイ120及びそれに対応する保持部200、B画素アレイ130及びそれに対応する保持部200のそれぞれの制御パルスのパルス位置を制御する。なお、以降では、R画素アレイ110及びそれに対応する保持部200の制御パルスであるpres_r,ptx_r,ptn_r,pts_rをR制御パルスとする。また、G画素アレイ120及びそれに対応する保持部200の制御パルスであるpres_g,ptx_g,ptn_g,pts_gをG制御パルスとする。同様に、B画素アレイ130及びそれに対応する保持部200の制御パルスであるpres_b,ptx_b,ptn_b,pts_bをB制御パルスとする。ここで、パルスpres_r,pres_g,pres_bは図2のパルスpresに対応し、パルスptx_r,ptx_g,ptx_bは図2のパルスptxに対応する。また、パルスptn_r,ptn_g,ptn_bは図3のパルスptnに対応し、パルスpts_r,pts_g,pts_bは図3のパルスptsに対応する。
水平シフトレジスタ400は、複数の保持部200に順次パルスphsを出力する。R画素アレイ110に対応する保持部200の出力端子outn及びoutsの信号は、出力端子Voutn_r及びVouts_rに出力される。G画素アレイ120に対応する保持部200の出力端子outn及びoutsの信号は、出力端子Voutn_g及びVouts_gに出力される。B画素アレイ130に対応する保持部200の出力端子outn及びoutsの信号は、出力端子Voutn_b及びVouts_bに出力される。
The horizontal shift register 400 sequentially outputs pulses phs to the plurality of
以降では、図1の回路動作と色ズレ低減手法について説明する。まず、図5に示されるように、R画素アレイ110とG画素アレイ120とB画素アレイ130の間隔は一定間隔dである。ラインセンサ(R画素アレイ110とG画素アレイ120とB画素アレイ130とを含む)を原稿に対して相対的に副走査方向に走査(移動)させることで、画像読み取りを行う。その場合、ラインセンサを移動させてもよいし、原稿を移動させてもよい。複数の画素アレイ110,120,130は、副走査方向に異なる色の画素アレイが配列されている。各画素アレイ110,120,130は、光電変換を行う複数の画素100を有する。ラインセンサを用いた画像読み取り特性は、R画素アレイ110、G画素アレイ120、B画素アレイ130の各画素100の原画像上の撮像位置の物理的なズレ(一定間隔d)の影響を受ける。そのズレdによって、R画素アレイ110、G画素アレイ120、B画素アレイ130の各出力間で画像のサンプリング位置ズレ(色ズレ現象)が発生する。したがって、この種の光電変換装置では、R画素アレイ110、G画素アレイ120、B画素アレイ130の各出力間でレベル差の補正、すなわち色ズレ補正を行うことが必須である。副走査方向への光電変換装置、又は原稿の移動中には、R画素アレイ110、G画素アレイ120、B画素アレイ130の各画素100の位置関係は一定に維持されているため、同一時刻における各色の撮像位置は、間隔dに対応した分だけずれることになる。したがって、このズレ分を考慮して最終的にR画素アレイ110、G画素アレイ120、B画素アレイ130の色信号を合成すれば適切な画像が得られる。しかし、原画像と光電変換装置までの間に設けられた光学部材が持つ色収差などの要因により、一定の間隔dであるはずの各色のサンプリング位置の関係にずれが生じてしまう。そのずれた状態の色信号をそのまま合成して画像を作ってしまうと、色ズレが発生してしまう。そこで、まず原画像の読み取りを開始する前に、予め用意された補正用パターン画像の読み取りを行う。続いて、図14に示されるように、光電変換装置1から出力されたR信号、G信号及びB信号は、アナログデジタル変換器2によってアナログからデジタルに変換される。その後、信号処理プロセス3は、デジタルの信号に対してシェーディング補正等の所定の処理を行い、R信号、G信号及びB信号を出力端子Rout,Gout,Boutに出力すると共に、色ズレ量算出部4へ出力する。色ズレ量算出部4は、上記補正用パターン画像を基に、R信号、G信号及びB信号の副走査方向の色ズレ量を算出し、この色ズレ量に基づいて外部制御パルスを生成して光電変換装置1内のパルス制御部300(図1)に出力する。すなわち、色ズレ量算出部4は、複数の画素アレイ110,120,130が補正用パターン画像を走査した時の副走査方向の色ズレ量を算出する。算出された色ズレ量は、各色の画素アレイ110,120,130の副走査方向の色ズレ量である。パルス制御部300は、入力された外部制御パルスのデータに応じて、R制御パルス、G制御パルス、B制御パルスのパルス位置を制御する。すなわち、パルス制御部300は、色ズレ量算出部により算出された色ズレ量に応じて、各色の画素アレイ110,120,130の制御パルスのパルス位置を制御する。これらの制御パルスは、画素100の光電変換による電荷蓄積期間を制御するためのパルスであり、これらのパルス位置を変えるということは、電荷蓄積期間を変えることと同義である。そして、電荷蓄積期間を変えるということは、サンプリング位置を変えていることとも同じである。
Hereinafter, the circuit operation and the color misregistration reduction method of FIG. 1 will be described. First, as shown in FIG. 5, the intervals between the
例として、図14の色ズレ量算出部4での副走査方向の色ズレ量算出結果から、R画素アレイ110の撮像位置に対するG画素アレイ120及びB画素アレイ130の撮像位置のズレ量が、時間的数値に換算してそれぞれtrg及びtrbで表される場合を説明する。その場合、G制御パルスはズレ量trg、B制御パルスはズレ量trbだけR制御パルスに対してパルス位置がシフトするように設定される。これにより、G画素アレイ120及びB画素アレイ130の電荷蓄積期間は、R画素アレイ110に対してそれぞれズレ量trg及びtrbだけずれた形になる。この電荷蓄積期間のズレ分だけG画素アレイ120及びB画素アレイ130の撮像位置が移動し、R画素アレイ110に対するG画素アレイ120とB画素アレイ130の撮像位置のずれ量が低減する。
As an example, the amount of deviation of the imaging positions of the
なお、上記補正用パターン画像の読み取りとそこからの色ズレ量算出までの一連の処理は、原画像読み取り前に毎回行う必要はない。例えば、工場での出荷検査時に色ズレ量算出までの動作を行い、以降はその値を外部メモリ等に保持して使い続けるような使い方でも良い。 It should be noted that a series of processes from reading the correction pattern image and calculating the color misregistration amount therefrom need not be performed every time before reading the original image. For example, an operation up to calculation of a color misregistration amount at the time of shipping inspection at a factory may be performed, and thereafter, the value may be retained in an external memory or the like and used continuously.
図4は、図1の動作を示すタイミングチャートであり、以降では、図4を用いて図1の詳細な回路動作について説明する。図4において、時刻t1の前では、リセットパルスpres_r,pres_g,pres_bがハイレベルであり、リセットトランジスタM1がオンし、すべての画素100のフローティングディフュージョンFDが電源電位にリセットされる。なお、その前に、転送パルスptx_rがハイレベルになり、転送トランジスタM2がオンし、R画素アレイ110のフォトダイオードPDもリセットされる。その後、後述のように、転送パルスptx_rがローレベルになり、転送トランジスタM2がオフし、R画素アレイ110のフォトダイオードPDの電荷蓄積期間が開始する。その後、時刻t1にリセットパルスpres_rがローレベルとなると、リセットトランジスタM1がオフし、R画素アレイ110の各画素100のフローティングディフュージョンFDのリセットが解除される。このリセット電位が、時刻t2からt3までの期間に読み出しパルスptn_rがハイレベルになることで、スイッチsw1nがオンし、R画素アレイ110に対応する保持部200の容量ctnにサンプリング保持される。読み出しパルスptn_rは、画素100の信号のサンプルホールド動作を制御する制御パルスである。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of FIG. 1. Hereinafter, the detailed circuit operation of FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, before the time t1, the reset pulses pres_r, pres_g, and pres_b are at the high level, the reset transistor M1 is turned on, and the floating diffusions FD of all the pixels 100 are reset to the power supply potential. Before that, the transfer pulse ptx_r becomes high level, the transfer transistor M2 is turned on, and the photodiode PD of the
続いて、時刻t4からt5までの期間に、転送パルスptx_rがハイレベルになることで、転送トランジスタM2がオンし、R画素アレイ110の各画素100のフォトダイオードPDに蓄積された信号電荷が、フローティングディフュージョンFDに転送される。なお、この時刻t5が、R画素アレイ110の電荷蓄積期間の終了位置となる。時刻t4からt6までの期間にハイレベルとなるパルスpts_rによって、スイッチsw1sがオンし、この信号電荷に基づく信号電位が、R画素アレイ110に対応する保持部200の容量ctsにサンプリング保持される。読み出しパルスpts_rは、画素100の信号のサンプルホールド動作を制御する制御パルスである。
Subsequently, during a period from time t4 to t5, the transfer pulse ptx_r becomes high level, so that the transfer transistor M2 is turned on, and the signal charge accumulated in the photodiode PD of each pixel 100 of the
次に、時刻t7で、パルスpres_r及びptx_rをハイレベルにし、トランジスタM1及びM2をオンし、フォトダイオードPD及びフローティングディフュージョンFDのリセットを行った後、次行の電荷蓄積を開始する。そのため、時刻t7後に最初に転送パルスptx_rがローレベルになり、転送トランジスタM2がオフした時がR画素アレイ110の電荷蓄積期間の開始位置となる。転送パルスptx_rは、画素100の電荷蓄積期間を決める電荷の転送動作を制御する制御パルスである。
Next, at time t7, the pulses pres_r and ptx_r are set to a high level, the transistors M1 and M2 are turned on, the photodiode PD and the floating diffusion FD are reset, and charge accumulation in the next row is started. Therefore, the transfer pulse ptx_r first becomes low level after time t7, and the time when the transfer transistor M2 is turned off is the start position of the charge accumulation period of the
上述で、R画素アレイ110とR画素アレイ110に対応する保持部200に対して行われた回路動作を説明した。その回路動作が、G画素アレイ120、B画素アレイ130とG画素アレイ120、B画素アレイ130にそれぞれ対応する保持部200に対しても同様に、色ズレ量trg及びtrbずれたタイミングで行われる。G画素アレイ120の動作タイミングはR画素アレイ110の動作タイミングに対して色ズレ量trg遅れ、B画素アレイ130の動作タイミングはR画素アレイ110の動作タイミングに対して色ズレ量trb遅れる。
The circuit operation performed on the
すなわち、リセットパルスpres_gがローレベルとなると、リセットトランジスタM1がオフし、G画素アレイ120の各画素100のフローティングディフュージョンFDのリセットが解除される。パルスptn_gがハイレベルになることで、スイッチsw1nがオンし、リセット電位がG画素アレイ120に対応する保持部200の容量ctnにサンプリング保持される。次に、転送パルスptx_gがハイレベルになることで、転送トランジスタM2がオンし、G画素アレイ120の各画素100のフォトダイオードPDに蓄積された信号電荷が、フローティングディフュージョンFDに転送される。パルスpts_gがハイレベルになると、スイッチsw1sがオンし、この信号電荷に基づく信号電位が、G画素アレイ120に対応する保持部200の容量ctsにサンプリング保持される。次に、パルスpres_g及びptx_gをハイレベルにし、トランジスタM1及びM2をオンし、フォトダイオードPD及びフローティングディフュージョンFDのリセットを行った後、次行の電荷蓄積を開始する。
That is, when the reset pulse pres_g becomes low level, the reset transistor M1 is turned off, and the reset of the floating diffusion FD of each pixel 100 of the
また、リセットパルスpres_bがローレベルとなると、リセットトランジスタM1がオフし、B画素アレイ130の各画素100のフローティングディフュージョンFDのリセットが解除される。パルスptn_bがハイレベルになることで、スイッチsw1nがオンし、リセット電位がB画素アレイ130に対応する保持部200の容量ctnにサンプリング保持される。次に、転送パルスptx_bがハイレベルになることで、転送トランジスタM2がオンし、B画素アレイ130の各画素100のフォトダイオードPDに蓄積された信号電荷が、フローティングディフュージョンFDに転送される。パルスpts_bがハイレベルになると、スイッチsw1sがオンし、この信号電荷に基づく信号電位が、B画素アレイ130に対応する保持部200の容量ctsにサンプリング保持される。次に、パルスpres_b及びptx_bをハイレベルにし、トランジスタM1及びM2をオンし、フォトダイオードPD及びフローティングディフュージョンFDのリセットを行った後、次行の電荷蓄積を開始する。
When the reset pulse pres_b becomes low level, the reset transistor M1 is turned off, and the reset of the floating diffusion FD of each pixel 100 of the
以上のように、パルス制御部300は、リセットパルスpres_g等と転送パルスptx_g等と読み出しパルスptn_g,pts_g等のパルス位置の変化量を、色単位の一律の色ズレ量trg,trbで制御する。R,G,Bのそれぞれの色の画素100から保持部200までの読み出し動作が完了した時点で、時刻t8からt9までの期間に表される制御を行う。時刻t8からt9までの期間では、水平シフトレジスタ400からのパルスphs_r,phs_g,phs_bによって、保持部200から外部への読み出し動作が行われる。この時に出力される各色の信号は、既に副走査方向の色ズレが低減した状態の信号となる。このため、後段回路での複雑な演算をするための演算回路等を設ける必要がなくなり、システム全体の回路規模の拡大を抑制することが可能になるとともに、信号特性を劣化させることなく色ズレを補正した良好な画像を得ることが可能となる。
As described above, the
なお、本実施形態における各色の制御パルスの位置設定は、上記内容に限定されるものではない。副走査方向の色ズレは、図5に示されるような副走査方向の向きと色の並び順に依存する。そのため、副走査方向の向きが変われば、各色の色ズレ量の関係も変わる。例えば、副走査方向の向きを図5の逆にした場合、図6に示されるように、B画素アレイ130を基準として、R画素アレイ110及びG画素アレイ120の制御パルスを色ズレ量tbr及びtbg移動させたような設定が色ズレを低減する最適な設定となる。そのため、各色の制御パルスの位置設定は、使用する条件や発生した色ズレ量に応じて決定され、図4や図6に示されるような形に限定されるものではない。従って、色ズレ量がない(検出できないほど小さいレベル)場合は、図7に示されるように、R画素アレイ110、G画素アレイ120及びB画素アレイ130の制御パルス位置が揃っていてもよい。
In addition, the position setting of the control pulse of each color in this embodiment is not limited to the above content. The color misregistration in the sub-scanning direction depends on the orientation in the sub-scanning direction and the color arrangement order as shown in FIG. For this reason, if the direction in the sub-scanning direction changes, the relationship between the color misregistration amounts of the respective colors also changes. For example, when the direction of the sub-scanning direction is reversed from that in FIG. 5, the control pulses of the
なお、制御パルスpres,ptxと制御パルスpts,ptnの位置関係は、必ずしも図4、図6、図7に示されるような関係に限定する必要はない。しかし、色によるノイズ量の差が生じないように、色によって制御パルスpres,ptx,pts,ptnのパルス位置の関係を崩すことなく、上述したように色単位ですべてのパルスに対して一律のズレ量を設定するような制御の仕方が好ましい。 Note that the positional relationship between the control pulses pres and ptx and the control pulses pts and ptn is not necessarily limited to the relationships shown in FIGS. 4, 6, and 7. However, in order to prevent a difference in the amount of noise due to the color, as described above, it is uniform for all the pulses in units of color without breaking the relationship of the pulse positions of the control pulses pres, ptx, pts, and ptn. A control method in which the amount of deviation is set is preferable.
また、本実施形態では、保持部200は、リセット信号と蓄積電荷信号を保持するための2つのサンプルホールド回路(図3)によって構成されているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、リセット信号と蓄積電荷信号の差分を検出するようなクランプ機能や増幅機能を持つ回路によって保持部200を構成してもよい。図11は、保持部200がクランプ機能及び増幅機能を有する回路によって構成される場合の本実施形態に係る光電変換装置の構成図である。R画素アレイ110に対応する保持部200は、リセット信号と蓄積電荷信号の差分を出力端子Vout_rに出力する。G画素アレイ120に対応する保持部200は、リセット信号と蓄積電荷信号の差分を出力端子Vout_gに出力する。B画素アレイ130に対応する保持部200は、リセット信号と蓄積電荷信号の差分を出力端子Vout_bに出力する。上記の差分により、リセット成分を除去した画素信号を得ることができる。図11の保持部200は、図12の回路で構成される。
Further, in the present embodiment, the holding
図12の回路は、演算増幅器opampと容量cc,cf、基準電圧vref、及びリセットスイッチsw1によって構成されるスイッチトキャパシタアンプと、スイッチsw2,sw3と容量ctによって構成されるサンプルホールド回路である。図12において、容量ccは、スイッチトキャパシタアンプの入力容量であるとともに、画素100からのリセット信号と蓄積電荷信号の差分を検出するクランプ容量である。容量ccへのクランプ動作は、基準電圧vrefと、パルスptnによるスイッチsw1の開閉によって制御される。容量ctは、スイッチトキャパシタアンプによって増幅された差分信号を保持する容量である。容量ctへのサンプリング動作は、パルスptsによるスイッチsw2の開閉によって制御される。容量ctに保持された信号は、パルスphsがハイレベルになり、スイッチsw3がオンすることによって後段回路へ出力される。 The circuit shown in FIG. 12 is a switched capacitor amplifier including an operational amplifier opamp, capacitors cc and cf, a reference voltage vref, and a reset switch sw1, and a sample and hold circuit including switches sw2 and sw3 and a capacitor ct. In FIG. 12, a capacitor cc is an input capacitor of the switched capacitor amplifier and a clamp capacitor for detecting a difference between the reset signal from the pixel 100 and the accumulated charge signal. The clamping operation to the capacitor cc is controlled by opening / closing the switch sw1 with the reference voltage vref and the pulse ptn. The capacitor ct is a capacitor that holds the differential signal amplified by the switched capacitor amplifier. The sampling operation to the capacitor ct is controlled by opening / closing the switch sw2 by the pulse pts. The signal held in the capacitor ct is output to the subsequent circuit when the pulse phs goes high and the switch sw3 is turned on.
図13は、図11の動作を示すタイミングチャートである。図13は、各色の制御パルスのズレ量が図4に対応する形の例であり、以降では図4と重複する部分については説明を省略する。図13において、時刻t1からt2までの期間にパルスptn_rがハイレベルになることで、スイッチsw1がオンし、容量cfがリセットされるとともに、容量ccへのR画素アレイ110のリセット信号のサンプリング動作が行われる。時刻t2に、パルスptn_rがローレベルになり、スイッチsw1がオフする。その後、時刻t3において、容量ccによって検出されたR画素アレイ110の蓄積電荷信号とリセット信号の差分信号が、cc/cf倍されて容量ctに保持される。
FIG. 13 is a timing chart showing the operation of FIG. FIG. 13 shows an example in which the shift amount of the control pulse for each color corresponds to that in FIG. In FIG. 13, when the pulse ptn_r becomes high level during the period from time t1 to t2, the switch sw1 is turned on, the capacitor cf is reset, and the sampling operation of the reset signal of the
上述したR画素アレイ110に対応する保持部200に対して行われた回路動作が、G画素アレイ120及びB画素アレイ130にそれぞれ対応する保持部200に対しても同様に、色ズレ量trg及びtrbずれたタイミングで行われる。R画素アレイ110、G画素アレイ120及びB画素アレイ130のそれぞれの画素100から保持部200までの読み出し動作が完了した時点で、時刻t4からt5までの期間に表される制御を行う。時刻t4からt5までの期間では、水平シフトレジスタ400からのパルスphs_r,phs_g,phs_bによって、保持部200から外部への読み出し動作が行われる。この時に出力される各色の信号は、既に副走査方向の色ズレが低減した状態の信号となるため、上述した保持部200が図3のようなサンプルホールド回路の場合と同様の効果を得ることが可能となる。
Similarly, the circuit operation performed on the holding
また、本実施形態では、上述した通り、全ての色の画素100から保持部200までの読み出し動作が完了した時点で外部への読み出し動作を行っているが、本実施形態はこれに限定されることはない。例えば、図8に示されるように、保持部200への読み出し動作が完了した色から順に外部への読み出しを行う。すなわち、各色の制御パルスのパルス位置に応じて、水平シフトレジスタ400のパルスphs_r,phs_g,phs_bにより、保持部200以降の読み出し動作を制御する。
Further, in the present embodiment, as described above, the reading operation to the outside is performed when the reading operation from the pixels 100 of all colors to the holding
また、色毎に動作タイミングが異なることによって生じる電源配線経由のクロストークを防止する必要がある。そのために、各色の画素アレイ110,120,130及び保持部200に接続される電源配線は、異なる色の画素アレイ110,120,130の間で電源配線を分離し、共通インピーダンスを低減することが望ましい。
In addition, it is necessary to prevent crosstalk via the power supply wiring caused by the operation timing being different for each color. Therefore, the power supply wirings connected to the
図15は、図1の各回路の電源電位vdd及びグランド電位gndのノードの接続の好適な関係を示す構成図であり、図16は図15の画素100の構成例を示す回路図である。図16の回路は、図2の回路に対して、電源電位vdd及びグランド電位gndのノードを追加したものである。図16において、トランジスタM4は、図2の電流源Irefに対応し、バイアス電圧vbとグランド電位gndとの差電圧に応じて、所定のドレイン電流を流す電流源トランジスタである。電源電位vddのノードは、トランジスタM1及びM3のドレインに接続される。グランド電位gndのノードは、フォトダイオードPDのアノード及びトランジスタM4のソースに接続される。 FIG. 15 is a configuration diagram illustrating a preferable connection relationship between the power supply potential vdd and the ground potential gnd of each circuit in FIG. 1, and FIG. 16 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the pixel 100 in FIG. The circuit of FIG. 16 is obtained by adding nodes of the power supply potential vdd and the ground potential gnd to the circuit of FIG. In FIG. 16, a transistor M4 corresponds to the current source Iref of FIG. 2, and is a current source transistor that allows a predetermined drain current to flow according to the voltage difference between the bias voltage vb and the ground potential gnd. The node of the power supply potential vdd is connected to the drains of the transistors M1 and M3. The node of the ground potential gnd is connected to the anode of the photodiode PD and the source of the transistor M4.
また、図15において、501、502、503は、各色の画素100に印加されるバイアス電圧vbを生成するためのバイアス源回路である。図17は、図15のバイアス源回路501〜503の各々の構成例を示す図である。バイアス源回路501〜503は、トランジスタM0と電流源I0によって構成されるカレントミラー回路を有する。電流源I0は、電源電位vddのノード及びバイアス電圧vbのノード間に接続される。トランジスタM0は、ドレイン及びゲートがバイアス電圧vbのノードに接続され、ソースがグランド電位gndのノードに接続される。 In FIG. 15, reference numerals 501, 502, and 503 denote bias source circuits for generating the bias voltage vb applied to the pixels 100 of the respective colors. FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of each of the bias source circuits 501 to 503 in FIG. The bias source circuits 501 to 503 have a current mirror circuit configured by the transistor M0 and the current source I0. The current source I0 is connected between the node of the power supply potential vdd and the node of the bias voltage vb. The transistor M0 has a drain and a gate connected to the node of the bias voltage vb, and a source connected to a node of the ground potential gnd.
また、図15の保持部200は、図3の構成を有する。図15において、R画素アレイ110とそれに対応した保持部200及びバイアス源回路501には、赤色の回路用の電源電位VDD_Rとグランド電位GND_Rの電源配線により電源電圧が供給される。同様に、緑色の各回路に対しても、緑色の回路用の電源電位VDD_G及びグランド電位GND_Gの電源配線により電源電圧が供給される。同様に、青色の各回路に対しても、青色の回路用の電源電位VDD_B及びグランド電位GND_Bの電源配線により電源電圧が供給される。電源電位VDD_R,VDD_G,VDD_Bの電源配線の間は、それぞれの配線内よりハイインピーダンスの関係になっていることが好ましく、このことはグランド電位GND_R,GND_G,GND_Bの電源配線においても同様である。
15 has the configuration shown in FIG. In FIG. 15, the power supply voltage is supplied to the
このように、色によって電源電位及びグランド電位の電源配線を分離することにより、異なる色間でのクロストークを低減することが可能となる。例えば、図4において、時刻t7でR画素アレイ110の転送動作が行われた直後、G画素アレイ120のリセット電位のサンプリングが行われる。この時、R画素アレイ110の転送動作によって、電源電位VDD_R、グランド電位GND_R、バイアス電位vbが変動する。しかし、電源配線及びバイアス線を分離しているため、赤色の電源変動が緑色の電源電位、グランド電位、バイアス電圧に直接影響を与えることはない。そのため、G画素アレイ120のリセット電位に電源電位、グランド電位、バイアス電圧の変動に起因したノイズの重畳が十分に小さくなり、色間のクロストークの少ない良好な信号特性を得ることが可能となる。また、電源分離によって、上述した他の色で発生した過渡的な電源の変動が落ち着くのを待つ必要もなくなるため、読み出しの高速化にも有利となる。
As described above, by separating the power supply wirings of the power supply potential and the ground potential according to colors, it is possible to reduce crosstalk between different colors. For example, in FIG. 4, immediately after the transfer operation of the
図18は、色毎の電源分離を行った際のオプティカルブラック画素(OB画素)の好適な遮光方法について説明する図である。図18は、図15の画素部の上平面図であり、各色の画素アレイ110、120、130は、OB画素と無効画素と有効画素の領域に分けられる。画素部は、トップメタル1801、フォトダイオード1802及び転送ゲート1803を有する。無効画素の一部と有効画素のフォトダイオード1802及び転送ゲート1803の上面には、トップメタル1801によって形成されるメタル開口部が設けられる。また、無効画素の一部とOB画素のフォトダイオード1802の上面は、トップメタル1801によって入射光が遮断(遮光)されている。一般的には、遮光に使われるメタル配線は、画素の電源配線が使われることが多い。しかし、色毎の電源分離を行う際には、各色の電源配線間のインピーダンスを相対的に高くするために各色の電源配線を容易に接続することができない。そのため、各色の画素アレイの間に隙間が空いてしまい、その隙間から入射光が漏れ込むことでOB画素の遮光性能が低下してしまう。また、特定の色の電源配線でOB画素上の遮光メタルを形成する場合も、色が対応していない電源配線とフローティングディフュージョンFDとの間で容量性カップリングによる信号特性の劣化を引き起こす可能性が出るため好ましくない。そのため、図18の電源電位VDD_Xの配線は、OB画素の遮光に使われるメタル配線である。また、電源電位VDD_Xの配線は、各色の電源電位VDD_R,VDD_G,VDDBの配線とは異なり、電源電位VDD_R,VDD_G,VDD_Bの配線とは相対的にインピーダンスの高い電源配線を使うことが好ましい。
FIG. 18 is a diagram for explaining a preferable light shielding method for optical black pixels (OB pixels) when power source separation is performed for each color. FIG. 18 is a top plan view of the pixel portion of FIG. 15, and the
なお、理想的には各色の電源配線が完全に分離されていることが望ましいが、レイアウト構成、要求性能次第で、例えば図19のように、パッドPADの直後で、電源配線を分離することによっても、同様の効果を得ることが可能である。図19は、電源電位VDD又はグランド電位GNDのパッドPADと各色の画素アレイ110、120、130とを接続する電源電位VDD_R,VDD_G,VDD_B又はグランド電位GND_R,GND_G,GND_Bの配線のレイアウトを示す図である。図19において、電源電位VDD_R,VDD_G,VDD_B,VDD_Xの配線は、共通のパッドPADから電力が供給される同一ノードの電源配線であるが、パッドPAD直後で配線を分離することで、共通インピーダンスR0を下げている。
Ideally, it is desirable that the power supply lines for each color be completely separated, but depending on the layout configuration and required performance, for example, as shown in FIG. 19, by separating the power supply lines immediately after the pad PAD, However, the same effect can be obtained. FIG. 19 is a diagram showing a wiring layout of power supply potentials VDD_R, VDD_G, VDD_B or ground potentials GND_R, GND_G, GND_B connecting the pad PAD of the power supply potential VDD or the ground potential GND and the
電源電位VDD_R又は基準電位GND_Rの配線は寄生抵抗R1を有し、電源電位VDD_G又は基準電位GND_Gの配線は寄生抵抗R2を有し、電源電位VDD_B又は基準電位GND_Bの配線は寄生抵抗R3を有する。電源電位VDD_Xの配線は、寄生抵抗R4を有する。寄生抵抗R1,R2,R3,R4によって、電源電位VDD_R,VDD_G,VDD_B,VDD_Xの配線のそれぞれの電源配線間のインピーダンスができるだけ高くなるように設定している。これにより、各電源配線で発生したノイズが、他の電源配線に伝わりにくくなるようにしている。このことは、グランド電位GND_R,GND_G,GND_Bの配線に対しても同様である。なお、電源配線の分離は、メタル配線に限らず、ウエル等の基板構造でも分離することによって、更に高いノイズ低減効果を得ることが可能となる。 The wiring of the power supply potential VDD_R or the reference potential GND_R has a parasitic resistance R1, the wiring of the power supply potential VDD_G or the reference potential GND_G has a parasitic resistance R2, and the wiring of the power supply potential VDD_B or the reference potential GND_B has a parasitic resistance R3. The wiring of the power supply potential VDD_X has a parasitic resistance R4. The parasitic resistances R1, R2, R3, and R4 are set so that the impedance between the power supply wirings of the power supply potentials VDD_R, VDD_G, VDD_B, and VDD_X is as high as possible. This makes it difficult for noise generated in each power supply line to be transmitted to other power supply lines. The same applies to the wiring of the ground potentials GND_R, GND_G, and GND_B. Note that the power supply wiring is not limited to the metal wiring, but can be obtained even in a substrate structure such as a well, thereby obtaining a higher noise reduction effect.
なお、本実施形態におけるパルス制御部300の構成例を図9に示す。図9において、Rカウンタ310、Gカウンタ320、Bカウンタ330は、クロック信号clkのカウントを行うカウンタであり、外部制御パルスtrg_r、trg_g、trg_bによってそれぞれのカウントの開始が制御される。340は、クロック信号clkとRカウンタ310、Gカウンタ320、Bカウンタ330のカウント値に応じて、各色の制御パルスの生成を行うパルス生成回路である。パルス生成回路340は、Rカウンタ310、Gカウンタ320、Bカウンタ330のカウント値が所定の値になった時に、クロック信号clkに同期する形で各色の制御パルスをハイレベルからローレベル、又はローレベルからハイレベルへと状態を変化させる。Rカウンタ310の後段のパルス生成回路340は、Rカウンタ310のカウント値に応じて、制御パルスpres_r,ptx_r,pts_r,ptn_rを生成する。Gカウンタ320の後段のパルス生成回路340は、Gカウンタ320のカウント値に応じて、制御パルスpres_g,ptx_g,pts_g,ptn_gを生成する。Bカウンタ330の後段のパルス生成回路340は、Bカウンタ330のカウント値に応じて、制御パルスpres_b,ptx_b,pts_b,ptn_bを生成する。
In addition, the structural example of the
色ズレ発生時に、外部制御パルスtrg_r、trg_g、trg_bが、色ズレ量に対応するパルス位置の関係になるように入力される。これにより、各カウンタ310,320,330のカウント開始位置が変わり、各色の制御パルスの位置を独立に制御することが可能となる。
When the color misregistration occurs, the external control pulses trg_r, trg_g, trg_b are input so as to have a pulse position relationship corresponding to the color misregistration amount. Thereby, the count start positions of the
上述した通り、図9では、各色で独立にカウンタ310,320,330を設けることで各色の制御パルスの位置を調整する回路構成について説明したが、本実施形態におけるパルス制御部300の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図10に示すパルス制御部300を構成するようにしてもよい。レジスタ群360は、外部制御パルスによって格納されるデータを書き換え可能である。1つのカウンタ350は、外部制御パルスtrgにより、クロック信号clkのカウントを開始する。カウンタ350のカウント値には、レジスタ群360内のデータadd_r,add_g,add_bが加算され、3個の各色のパルス生成回路340に出力される。3個の各色のパルス生成回路340は、上記の加算値を入力し、各色の制御パルスを生成する。
As described above, in FIG. 9, the circuit configuration for adjusting the position of the control pulse for each color by providing the
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
100 画素、110 R画素アレイ、120 G画素アレイ、130 B画素アレイ、200 保持部、300 パルス制御部、400 水平シフトレジスタ 100 pixels, 110 R pixel array, 120 G pixel array, 130 B pixel array, 200 holding unit, 300 pulse control unit, 400 horizontal shift register
Claims (7)
前記画素の動作を制御する制御パルスのパルス位置を制御するパルス制御部とを有し、
前記パルス制御部は、各色の前記画素アレイの副走査方向の色ズレ量に応じて、前記各色の画素アレイの制御パルスのパルス位置を制御することを特徴とする光電変換装置。 A plurality of pixel arrays each having a plurality of pixels in which different pixel arrays are arranged in the sub-scanning direction and each pixel array performs photoelectric conversion when the document is relatively scanned in the sub-scanning direction;
A pulse control unit for controlling a pulse position of a control pulse for controlling the operation of the pixel;
The photoelectric control apparatus, wherein the pulse control unit controls a pulse position of a control pulse of the pixel array of each color according to a color shift amount of the pixel array of each color in a sub-scanning direction.
前記パルス制御部は、前記色ズレ量算出部により算出された色ズレ量に応じて、前記各色の画素アレイの制御パルスのパルス位置を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 And a color shift amount calculation unit that calculates a color shift amount in the sub-scanning direction when the plurality of pixel arrays scan the correction pattern image.
The said pulse control part controls the pulse position of the control pulse of the pixel array of each said color according to the color shift amount calculated by the said color shift amount calculation part, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Item 1. The photoelectric conversion device according to item 1.
前記電源配線は、前記異なる色の画素アレイの間で分離されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 And a power supply wiring for supplying a power supply voltage to the plurality of pixel arrays,
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the power supply wiring is separated between the different color pixel arrays.
前記メタルは、前記電源配線とは分離されていることを特徴とする請求項6記載の光電変換装置。 The plurality of pixel arrays have optical black pixels that block incident light by metal,
The photoelectric conversion device according to claim 6, wherein the metal is separated from the power supply wiring.
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